Οι Tardigrades είναι ζώα που αναπτύσσονται στα άκρα. Επίσης γνωστές ως αρκούδες ή βρύα, τα υδρόβια, μικροσκοπικά ασπόνδυλα μπορούν να επιβιώσουν από τις θερμοκρασίες κατάψυξης και βρασμού καθώς και από τις σκληρές συνθήκες του εξωτερικού χώρου. Ένα αποξηραμένο tardigrade μπορεί να αναζωογονηθεί μόνο προσθέτοντας νερό - ακόμα και δεκαετίες αργότερα. Βρίσκονται σε κάθε ήπειρο, συμπεριλαμβανομένης της Ανταρκτικής, και ζουν σε περιβάλλοντα που κυμαίνονται από τα βαθύτερα ωκεάνια χαρακώματα μέχρι τα πιο ζεστά ερήμματα στις κορυφές των Ιμαλαΐων.
σχετικό περιεχόμενο
- Τα ανθρώπινα σεξουαλικά χρώματα είναι ελλιπείς DNA swappers
- Πώς επιβιώνει το μικροσκοπικό νερόμυλος στον εξωτερικό χώρο;
Τώρα οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει ότι οι tardigrades έχουν ακόμα μια ακραία αξίωση για τη φήμη: Το γονιδίωμα τους περιέχει το πιο ξένο DNA κάθε γνωστού ζωικού είδους.
Αντί να κληρονομήσουν όλα τα γονίδια τους από τους προγόνους τους, οι tardigrades παίρνουν ένα επιβλητικό ένα έκτο της γενετικής τους διάπλασης από μη σχετιζόμενα φυτά, βακτήρια, μύκητες και αρχαιολόγους, αναφέρουν ερευνητές σήμερα στο PNAS . Το παράξενο mashup υπογραμμίζει το γεγονός ότι τα είδη μπορούν να διαμορφωθούν με πολύ λιγότερους γραμμικούς τρόπους που συνήθως φανταζόταν.
«Όταν οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται την ποικιλομορφία της ζωής και της ροής γενετικών πληροφοριών, φαντάζουν ένα δέντρο με μεγάλα κλαδιά που δημιουργούν μικρότερα, αλλά χωρίς καμία σχέση μεταξύ των άκρων», λέει ο υπεύθυνος της μελέτης Thomas Boothby, μεταδιδακτορικός ερευνητής του Life Sciences Foundation. το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, Chapel Hill. «Αρχίζουμε να συνειδητοποιούμε ότι αντί του δέντρου της ζωής, θα ήταν πιο ενδεδειγμένο να σκεφτούμε τον ιστό της ζωής».
Ο Boothby στράφηκε στο γονιδίωμα tardigrade με την ελπίδα να αποκαλύψει τις πιο βασικές βάσεις των στρατηγικών ακραίας επιβίωσης των πλασμάτων. Για να καταγράψει κάθε γονίδιο, ο ίδιος και οι συνάδελφοί του εξήγαγαν πρώτα και ανέλυσαν πολλά μικρά κομμάτια DNA από χιλιάδες tardigrades. Χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα υπολογιστή, αυτοί ραμμένες αυτές τις ακολουθίες πίσω από κοινού για να παραγάγει τον κώδικα στο σύνολό του.
"Όταν το κάναμε αυτό, αρχικά είδαμε ότι υπήρχαν πολλά γονίδια που έμοιαζαν με το ότι δεν προέρχονταν από ζώα", λέει ο Boothby. "Η αντίδραση στο έντερο μας ήταν ότι κάναμε κάτι και έπρεπε να μολύνουμε το δείγμα μας".
Για να γίνει διπλός έλεγχος, η ομάδα επέστρεψε στην αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης, μια μέθοδο που ενισχύει τις στοχευμένες περιοχές του γενετικού υλικού μόνο αν ταιριάζουν με συγκεκριμένους εκκινητές. Σε αυτή την περίπτωση, ήθελαν να δουν αν θα μπορούσαν να ενισχύσουν τα ζωικά και βακτηριακά γονίδια ως μονάδες, πράγμα που θα ήταν δυνατό μόνο αν συνδέονταν φυσικά μέσα στο ίδιο γονιδίωμα. "Κάναμε αυτό για πάνω από 100 γονίδια, με 98% επιτυχία", λέει ο Boothby.
Έχοντας πειστεί ότι η ανάγνωση του γονιδιώματος ήταν σωστή, η ομάδα συνέστησε στη συνέχεια την εξελικτική καταγωγή συγκεκριμένων γονιδιακών ακολουθιών. Αυτό επιβεβαίωσε ότι αυτά που έμοιαζαν με ξένα γονίδια στην πραγματικότητα ήταν ακριβώς αυτά, αντί να φαίνονται-α-αρέσει που αναπτύχθηκαν από τους ίδιους τους tardigrades.
"Τα αποτελέσματα μας έδειξαν αρκετά αναμφισβήτητα ότι τα γονίδια που φαίνονται ξένοι προέρχονται πραγματικά από μη ζώα", λέει ο Boothby.
Όλα τα παραπάνω, τα γονίδια tardigrade είναι κατασκευασμένα από 17, 5% ξένο υλικό. Τα περισσότερα από αυτά τα παράξενα γονίδια έχουν βακτηριακή προέλευση - χιλιάδες είδη αντιπροσωπεύονται στο γενετικό μακιγιάζ του tardigrade. Πολλά από τα γονίδια είναι γνωστά ή υπάρχουν υπόνοιες ότι παίζουν ρόλο στην αντοχή στο στρες για τους αρχικούς τους ιδιοκτήτες.
"Νομίζω ότι τα ευρήματα είναι εξαιρετικά εκπληκτικά", λέει ο Andrew Roger, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Dalhousie του Καναδά. Το ότι ένα ζώο θα μπορούσε να αποκτήσει ένα τόσο μεγάλο ποσοστό των γονιδίων του από ξένες πηγές είναι "εκπληκτικό και χωρίς προηγούμενο".
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα ξένα γονίδια έχουν αντικαταστήσει πραγματικά tardigrade αυτά, ενώ σε άλλες, tardigrades διατηρούνται οι δικές τους εκδοχές, αλλά ενσωματώνονται απλή ή πολλαπλά αντίγραφα από ένα ή περισσότερα είδη βακτηρίων. "Εικαζόμαστε ότι αυτό δεν ήταν ένα μοναδικό γεγονός, αλλά μάλλον συνέχιζε και μπορεί να συμβαίνει και σήμερα", λέει ο Boothby.
Οι Tardigrades ανέρχονται στο 17, 5% των γονιδίων τους από μη σχετιζόμενους οργανισμούς. (STEVE GSCHMEISSNER / Επιστημονική βιβλιοθήκη φωτογραφιών / Corbis) Οι ερευνητές έχουν εδώ και χρόνια γνώση ότι τα βακτήρια και άλλα μικρόβια μπορούν να συμμετάσχουν σε οριζόντια γονιδιακή μεταφορά - η εναλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ άσχετων ειδών. Αλλά μόλις πρόσφατα οι επιστήμονες άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι αυτή η μέθοδος γενετικής ανάπτυξης μπορεί επίσης να συμβεί στα ζώα.
Σε σύγκριση με τους tardigrades, τα γονιδιώματα άλλων ζώων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, περιέχουν πολύ λίγο ξένο υλικό. Μέχρι τώρα, οι rotifers - ένα άλλο μικροσκοπικό υδρόβιο ζώο - κράτησαν το ρεκόρ στο 8 με 9 τοις εκατό. Για τους tardigrades και rotifers, η μεγάλη δόση ξένων γονιδίων παίζει σημαντικό ρόλο στην απόκτηση τους με ανώτερες δεξιότητες επιβίωσης.
"Αν μπορούν να αποκτήσουν DNA από οργανισμούς που ζουν ήδη σε αγχωτικό περιβάλλον, μπορεί να είναι σε θέση να πάρουν μερικά από τα ίδια κόλπα", λέει ο Boothby. Αλλά ακριβώς πώς οι tardigrades κατόρθωσαν να περάσουν μαζί τόσο πολύ ξένο γενετικό υλικό παραμένει άγνωστο.
Ο Boothby και οι συνάδελφοί του υποψιάζονται ότι η ικανότητα των ζώων να στεγνώσουν και να αναζωογονηθούν ενδέχεται να διαδραματίσει κάποιο ρόλο. Όταν οι tardigrades αποξηραίνονται, τα γονιδιώματά τους θραύονται. Μετά την αποκατάσταση του υγρού που τους δίνει ζωή, οι μεμβράνες που περιβάλλουν τα κύτταρα τους παραμένουν διαρρέουσες για λίγο και καθώς τα κύτταρα λειτουργούν γρήγορα για την αποκατάσταση των γονιδιωμάτων τους, μπορεί τυχαία να εργαστούν σε κάποιο DNA από το περιβάλλον.
"Αυτό το έγγραφο επιβεβαιώνει τη σπουδαιότητα της μελέτης ολόκληρου του γονιδιώματος, εδώ εφαρμόζεται σε ένα ασυνήθιστο αλλά πολύ ενδιαφέρον και συχνά παραμελημένο ζωικό μοντέλο", λέει ο Roberto Bertolani, εξελικτικός ζωολόγος στο Πανεπιστήμιο Modena και Reggio Emilia στην Ιταλία.
"Ένα ενδιαφέρον σημείο που οι συγγραφείς κάνουν είναι η πιθανή σχέση μεταξύ αποξήρανσης, διαρροής μεμβράνης και θραύσεων DNA που μπορεί να προδιαθέτουν τα ζώα αυτά να ενσωματώσουν και να ενσωματώσουν πολλά ξένα γονίδια".
Για τώρα αυτό είναι απλώς μια υπόθεση, οπότε ο Boothby σχεδιάζει να διερευνήσει αυτό και άλλα ερωτήματα που παρατείνουν. Η δουλειά του με αυτό το ακραίο πλάσμα θα μπορούσε ακόμη και να δώσει στους ανθρώπους μια καλύτερη βολή στην επιβίωση: Η μελέτη των γονιδίων tardigrade μπορεί μία μέρα να βοηθήσει στην ανάπτυξη φαρμάκων και εμβολίων που δεν πρέπει πλέον να διατηρούνται σε πάγο και αντ 'αυτού να ξηρανθούν και να επανιωθούν επιτόπου αγροτική κλινική ή ζώνη κρίσης.
